摘　要：利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)鈦板板式換熱器總換熱系數(shù)與流速之間的關(guān)系式進(jìn)行擬合，計(jì)算分析流速對(duì)總換熱系數(shù)的影響。一級(jí)側(cè)(熱流體)或二次側(cè)(冷流體)流速增大時(shí)，換熱器總換熱系數(shù)隨之增大。設(shè)定一級(jí)側(cè)流體流速不變，二級(jí)側(cè)流體流速越高，通過(guò)增大流速?gòu)?qiáng)化傳熱的作用越弱。

關(guān)鍵詞：鈦板板式換熱器；  總換熱系數(shù)；  流速

Influence of Fluid Velocity on Overall Heat Transfer Coefficient of Titanium Plate Heat Exchanger

Abstract：The relation between the overall heat transfer coefficient of titanium plate heat exchanger and the fluid velocity is fitted by using the experimental data．The innuence of the velocitv on the ovemll heat transfer coefficient is calculated and analyzed．The ovemll heat transfer coefficient increases with an increase in veloclty at the secondary side(thermal fluid) or the secondary side(cold fluid). Given that the fluid veloci ty at the primary side is constant，the higher the fluid velocity at the secondary side，the higher the fluid velocity at the secondary side，the weaker the effect of heat transfer enhancement by increasing velocity．

Keywords：titanium plate heat exchanger；overall heat transfer coefficient：velocity

1　概述

與殼管式換熱器相比，板式換熱器具有傳熱性能強(qiáng)、所需傳熱面積小、占地面積小等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于供熱空調(diào)行業(yè)。曲寧^[1]利用Fluent軟件建立了人字形、波浪形板式換熱器模型，分析了兩種板式換熱器結(jié)構(gòu)尺寸對(duì)流體溫度場(chǎng)、速度場(chǎng)的影響，擬合得出了兩種板式換熱器的總換熱系數(shù)與流體流速的數(shù)學(xué)關(guān)聯(lián)式。曾偉平^[2]分析了水—水單相流板式換熱器熱、兩相流冷凝板式換熱器及兩相流蒸發(fā)板式換熱器的傳熱及流動(dòng)特性。周玲玫^[3]對(duì)單相流及兩相流板式換熱器進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，得到了流體努塞爾數(shù)關(guān)聯(lián)式。楊艷等人^[4]研究了傳統(tǒng)材質(zhì)不銹鋼板式換熱器的傳熱性能，分析了冷熱流體流速對(duì)總換熱系數(shù)的影響，擬合了總換熱系數(shù)計(jì)算式。徐志明等人^[5]利用搭建的液一液型板式換熱器實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，擬合了流體努塞爾數(shù)與摩擦因子之間的通用關(guān)系式。此外，許多學(xué)者^[6-11]對(duì)板式換熱器的優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究，提出了新型板式換熱器，得出了相應(yīng)的傳熱數(shù)學(xué)模型。

分析目前板式換熱器的研究成果，對(duì)于防腐蝕型鈦板板式換熱器的傳熱性能研究較少。因此，本文利用實(shí)驗(yàn)得到的不同流速下鈦板板式換熱器總換熱系數(shù)，評(píng)價(jià)流速對(duì)總換熱系數(shù)的影響。

2　流體流速影響的評(píng)價(jià)

2.1　實(shí)驗(yàn)及擬合

以某廠家提供的波浪形鈦板板式換熱器作為研究對(duì)象，分析流體流速對(duì)板式換熱器總換熱系數(shù)的影響。鈦板板式換熱器的總換熱面積為23.1m²，采取實(shí)驗(yàn)方法，在3種一級(jí)側(cè)流體(熱流體)流速條件下，分別改變二級(jí)側(cè)流體(冷流體)的流速，得到鈦板板式換熱器在不同一二級(jí)側(cè)流速配置下的總換熱系數(shù)。采用Origin數(shù)據(jù)處理軟件中nonlinear surface fit模塊中的二元二次多項(xiàng)式對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行擬合，得到鈦板板式換熱器的總換熱系數(shù)K的擬合計(jì)算式：

K=z0+av1+bv2+cv1²+dv2²+ev1v2  　　　   (1)

式中K——由擬合計(jì)算式計(jì)算得到的鈦板板式換熱器總換熱系數(shù)，W／(m²·K)

z0、a、b、c、d、e——系數(shù)，見(jiàn)表1

v1、v2——一、二級(jí)側(cè)流體流速，m／s

2.2　評(píng)價(jià)指標(biāo)

為了定量分析流速對(duì)總換熱系數(shù)的影響，定義總換熱系數(shù)絕對(duì)變化率d及總換熱系數(shù)相對(duì)變化率z。

①絕對(duì)變化率

在v1一定的條件下，總換熱系數(shù)絕對(duì)變化率d2的計(jì)算式為：

式中d2——在v1一定的條件下總換熱系數(shù)絕對(duì)變化率，W·s／(m³·K)

K2,u、K2,L——二級(jí)側(cè)上限、下限流速分別對(duì)應(yīng)的上限、下限總換熱系數(shù)，W／(m²·K)

V2,u、v2,L——二級(jí)側(cè)上限流速、下限流速，m／s

總換熱系數(shù)絕對(duì)變化率理解為在某側(cè)流體流速不變的條件下，另一側(cè)流速變化時(shí)，單位流速上總換熱系數(shù)的平均變化量。

②相對(duì)變化率

在v1一定的條件下，總換熱系數(shù)相對(duì)變化率z2的計(jì)算式為：

式中z2——在v1一定的條件下總換熱系數(shù)相對(duì)變化率，s／m

總換熱系數(shù)相對(duì)變化率理解為在某側(cè)流體流速不變的條件下，另一側(cè)流速變化時(shí)，單位流速上總換熱系數(shù)的平均變化率。聯(lián)立式(1)、(3)，可計(jì)算在某個(gè)二級(jí)側(cè)上下限流速區(qū)間，總換熱系數(shù)的相對(duì)變化率。

2.3　分析與討論

V1分別為0.2、0.4、0.6m／s時(shí)，由式(1)計(jì)算得到的總換熱系數(shù)K隨穢：的變化見(jiàn)圖1。由圖1可知，當(dāng)v1一定時(shí)，總換熱系數(shù)K隨v2的增大而增大，但增大的幅度在減小。

d2、z2隨v2流速區(qū)間的變化分別見(jiàn)圖2、3。由圖2、3可知，一級(jí)側(cè)任意流速下，d2、z2均隨二級(jí)側(cè)流速增大而下降，這說(shuō)明通過(guò)增大流速的強(qiáng)化傳熱作用逐漸減弱。不僅這樣，流體流速較高易導(dǎo)致板式換熱器阻力增大，影響輸配系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

3　結(jié)論

①一級(jí)側(cè)或二次側(cè)流速增大時(shí)，換熱器總換熱系數(shù)隨之增大。

②一級(jí)側(cè)任意流速下，當(dāng)二級(jí)側(cè)流速越高，通過(guò)增大流速?gòu)?qiáng)化傳熱的作用越弱。不僅這樣，流體流速較高易導(dǎo)致板式換熱器阻力增大，影響輸配系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

參考文獻(xiàn)：

[1]曲寧．板式換熱器傳熱與流動(dòng)分析(碩士學(xué)位論文)[D]．濟(jì)南：山東大學(xué)，2005：51-65．

[2]曾偉平．板式換熱器換熱和壓降的性能研究(碩土學(xué)位論文)[D]．上海：上海交通大學(xué)，2009：38-41．

[3]周玲玫．板式換熱器換熱性能的實(shí)驗(yàn)研究(碩士學(xué)位論文)[D]．杭州：浙江大學(xué)，2008：44-45．

[4]楊艷，王英龍．板式換熱器沒(méi)計(jì)選型的一種計(jì)算方法[J].石油煉制與化工，2004(5)：54-56．

[5]徐志明，郭進(jìn)生，郭軍生，等-板式換熱器傳熱和阻力特性的實(shí)驗(yàn)研究[J].熱科學(xué)與技術(shù),2010(1)：11-16.

[6]宋繼偉.球面不連續(xù)波紋板式換熱器傳熱和阻力性研究(博士學(xué)位論文)[]．濟(jì)南：山東大學(xué)，2012：79-81.

[7]雷新義．提高板式換熱器效能的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J]．煤氣與熱力，2007，27(10)：77-79．

[8]孫振巍．板式換熱器的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J]．科技信息：學(xué)術(shù)研究，2008(15)：640-641．

[9]張冠敏．復(fù)合波紋板式換熱器強(qiáng)化傳熱機(jī)理及傳熱特性研究(博士學(xué)位論文)[D]．濟(jì)南：山東大學(xué)，2006：78-80．

[10]王飛．正六邊形球面肋板式換熱器性能分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)(碩士學(xué)位論文)[D]．濟(jì)南：山東大學(xué)，2011：37-38．

[11]商建平，俞樹(shù)榮．板式換熱器遺傳算法優(yōu)化設(shè)計(jì)[J]．石油化工沒(méi)備，2002(5)：16-18．

本文作者：高小龍  劉玉洪  唐曉會(huì)  黃光勤  封滟?gòu)?/span>

作者單位：重慶大學(xué)

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